【儀商訊】電子行業最基礎的測試測量設備——示波器，數年來也持續追求高帶寬、高精度、多通道等最新技術。而隨著外部接口信號速度的進一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達10Gbps/s，以及電子產品的發展趨勢如傳統大哥大到智能手機的轉變蘊含了從大而功能簡單到緊湊而功能強大的發展思路，傳統臺式儀器的演變似乎也有了新的趨勢，如近來泰克就發布了基于PC（USB）的頻譜儀和網絡分析儀......。

電子產品的發展日新月異，尤其是消費電子產品如智能手機，更新換代之快更是令人目不暇接，幾個月就可能有一款新產品上市。而測試測量儀器從外形、使用方法上多年來還基本保持其一貫的風格，以集成有屏幕、操作面板和處理器的傳統的臺式機器為主。電子行業最基礎的測試測量設備——示波器，數年來也持續追求高帶寬、高精度、多通道等最新技術。而隨著外部接口信號速度的進一步提升，如USB3.0的傳輸速度可達5Gbps/s，USB3.1的傳輸速度可達10Gbps/s，以及電子產品的發展趨勢如傳統大哥大到智能手機的轉變蘊含了從大而功能簡單到緊湊而功能強大的發展思路，傳統臺式儀器的演變似乎也有了新的趨勢，如近來泰克就發布了基于PC（USB）的頻譜儀和網絡分析儀，而基于PC測試儀器尤其是基于PC的實時示波器和采樣示波器的開創鼻祖當屬來自英國女皇獎企業英國比克科技（Pico Technology），其致力于PC測試儀器的研發和生產已有26年的歷史。本文將介紹PC示波器與傳統臺式示波器的差異及PC示波器及PicoScopes有哪些具體的優勢。

一、傳統臺式示波器與PC（USB）示波器的原理架構

下圖1所示為傳統臺式示波器的原理框圖，主要包含有四個功能模塊：采集、顯示、測量與分析以及存檔。其中采集模塊包含了示波器中最為關鍵的幾個核心部件：前端模擬放大器、模數轉換器ADC、采集存儲器，這幾個部件也決定了數字示波器的幾大核心指標：模擬帶寬、采樣率和存儲深度，近年來ADC的分辨率位數也越來越受到重視，逐漸成為了各示波器廠家所追求的另一大產品核心指標，目前主要的示波器廠家都發布了其10bit或者更高精度ADC的示波器。除了采集模塊外，傳統臺式示波器的另外三大模塊主要是由儀器

圖1 傳統臺式示波器的架構圖

中集成的PC（即電腦）完成的。所以一臺傳統的臺式示波器內部其實有兩塊核心電路板，其一是采集板，其二是電腦主板，采集板上集成了示波器的關鍵芯片，也是最為昂貴的部分，電腦主板就是傳統的個人電腦定制化后而成的。在傳統的臺式示波器中，采集板和電腦板通常是通過PCI或者PCIE總線進行互連和數據傳輸的。在實際應用中，有時候用戶發現示波器的屏幕上無法顯示采集到的信號，而顯示固定的類似仿真的波形，這樣的故障通常就是采集板與電腦主板之間的數據線連接問題或者采集板損壞導致的。采集板采集到數據后通過總線傳輸給電腦主板進行顯示、測量與分析以及存檔。

PC示波器本質上就是圖1框圖中的采集部分，也就是說PC示波器將示波器中最為核心的部分剝離了出來，形成一個獨立的設備，與外部的PC配合使用，通過USB總線接口在PC示波器和外部PC之間傳輸數據，如圖2所示。這樣做的好處是可以將傳統臺式示波器的核心部件做得更加緊湊，在有限的空間里實現更加強大的性能，使得示波器的各項指標也可以做得更加優秀；同時，外部的PC配置相較于傳統的臺式示波器尤其是便攜式臺式示波器會更加強大，這就使得PC儀器看上去非常小巧緊湊，然而功能上卻更加智能和強大，相較于傳統的臺式示波器能夠做得更多、更好和更加便宜。

圖2 PC示波器的原理架構框圖

二、PC示波器的優點

圖3 傳統臺式示波器與PC示波器

1、小巧，口袋型尺寸，USB供電

PC示波器非常小巧，只有手掌或者口袋尺寸大小，所以非常方便攜帶，而且可直接由USB接口進行供電，所以PC示波器是出差使用和外場測試的最理想選擇。

2、更大和更高分辨率的顯示器

因為PC示波器是需要和外部電腦配合使用的，而當前的個人電腦已經相當普及，性能已經相當強大，用戶很容易就能夠為PC示波器配置一臺帶有大顯示屏和高分辨率顯示屏的電腦，而且可以根據需要靈活選擇外部的電腦。而當前傳統臺式示波器尤其是傳統便攜式臺式示波器通常只配有10.4inch~12.1inch左右的顯示屏。一臺大的顯示器有助于從多種角度觀察和分析信號，如可同時清晰的顯示一個信號的時域波形、頻譜波形、邏輯波形、局部放大細節、解碼信息或多個波形在多柵格中同時顯示等，如圖3所示。

3、可借助于最新最強大的PC處理器

傳統的高帶寬臺式示波器通常體積比較大，其中的一個原因是其配置了更高性能的PC以獲得更加強大的處理能力。而傳統的便攜式臺式示波器為了追求更小的尺寸和便攜性，使用了性能相對較差的嵌入式處理系統，所以功能會相對簡單。PC示波器可以借助最新最強大的外部PC，從而兼得了便攜特性和高性能示波器才具備的強大功能，而且價格要便宜得多。

4、更好的連接性

因為使用PC示波器時，所有的操作是在用戶的電腦上完成的，所以所有的測試結果、保存的數據、圖片、設置等信息都在電腦上，避免了過去使用傳統臺式示波器還需要通過U盤等工具將測試結果導到個人電腦上進行進一步分析和報告的撰寫，節省了時間，提升了效率。

5、更好的升級性能

PC示波器可以非常容易的通過升級外接的PC電腦實現性能的升級，也可以通過升級應用軟件實現功能的提升。

三、PicoScopes的優點

除了具備PC示波器所具備的優點外，PicoScopes還具備一系列更多的優點：

1、多種系列型號的PC示波器

英國比克科技于1991年推出其第一款基于PC的測試儀器，在那之前，幾乎所有的測試儀器都是臺式的，經過26年的發展，英國比克科技已經擁有78 種型號基于PC的示波器。

2、高性能PC示波器

英國比克科技的PC示波器最高帶寬可達25 GHz帶寬，可以用于高速串行電信號和光信號的眼圖和抖動測試，以及PCB板、線纜、連接器等的TDR/TDT測試。

3、任意一款PicoScope都具有深存儲

任意一款PicoScope都具有最深的存儲深度，即使最低系列的2000系列口袋型示波器的存儲深度也可達到128MS。PicoScope 6404D的存儲深度可達2GS, 是業內最深存儲深度的示波器之一。如圖4所示，PicoScope的長存儲有助于連續采集很長的波形并同時觀察波形的整體和局部細節。

圖4 利用PicoScope 6000捕獲10秒的波形并放大256倍、13萬倍、2百萬倍后的細節波形

4、16位高分辨率示波器

PicoScope擁有最高分辨率示波器，PicoScope 4262 擁有無比優秀的動態性能，能夠勝過許多專用的（而且非常昂貴的）音頻分析儀，ADC分辨率可達16位、底噪為8.5uV有效值、動態范圍可達96dB，是低噪聲、低失真測量的理想選擇，內置信號發生器消除了額外的信號源需求，它能夠更加容易的分析音頻、超聲波、振動信號、開關電源噪聲等，如圖5、圖6所示為高分辨率示波器帶來的價值，在時域中提供高信號完整性，在頻域中提供高動態范圍。

5、硬件分辨率可調示波器

PicoScope 5000系列使用了并行時鐘和串行交插采樣技術實現了硬件ADC分辨率和采樣率同時可調，在一臺儀器中通過可變分辨率實現對數字信號進行高速采集和對模擬信號進行精確采集，可在 8 ，12 ，14 ，及 16位分辨率中選擇，軟件增強可以達到20位，而且標配高精度信號源，具有超高性價比，如圖7所示為可調分辨率示波器PicoScope 5000，圖8為12位示波器與8位示波器測試汽車點火信號的波形結果比較，可見，12位示波器測得的信號波形細節更加清晰。

6、最多通道高分辨率示波器

PicoScope擁有8通道、12位高分辨率示波器、256MS深存儲示波器，適合于多通道數據采集和三相電等電源系統的調試與分析，如圖8所示。

7、行業唯一4路真實差分輸入高分辨率通道隔離示波器

PicoScope 4444系列具有4路真實差分輸入、12位或14位ADC高分辨率、通道隔離、可測量CATIII電壓達1000V，是浮地測量、電源紋波測量、差分測量、生物醫療等需要精確測試的信號的理想選擇，如圖9所示。

8、函數發生器 & AWG 標配于大部分型號

圖10 PicoScope標配的函數發生器&AWG功能

PicoScope配置的函數發生器可以產生標準的正弦波、方波、三角波以及其它許多標準的波形；任意波形發生器AWG可以導入用戶自定義的波形文件產生用戶自定義波形、將示波器模擬通道采集到波形復制到AWG輸出、生成隨機比特流 (如010100011……）。PicoScope標配的任意波形發生器控制界面如圖10所示。

9、標配一系列高端臺式示波器才有的功能

PicoScope標配有一系列只有高端臺式示波器才可能配置的功能，如串行解碼（PicoScope標配有近19種串行解碼軟件包括：1-Wire,ARINC 429, CAN, CAN FD, LIN, Digital Command Control, DMX512,Ethernet 10base-T, Fast Ethernet 100base-TX, FlexRay, I2C, I2S, RS-232, UART, SENT Fast, SENT Slow, SPI, USB, Modbus， 未來有新的解碼軟件發布后，Pico支持免費升級）、模板容限觸發、高級函數如參數追蹤和快速傅里葉變換、數字觸發、分段存儲等。圖11所示PicoScope中的一個高級函數功能示例，藍色波形為頻率調制波形，黑色曲線顯示了頻率變化隨著時間的變化趨勢，Y軸為頻率參數值，X軸為時間。

圖11 PicoScope中的高級函數功能

四、PicoScopes的應用

PicoScope不僅是一臺實時示波器，也可以作為一臺基于USB的采集卡來使用。而且PicoScope具有一系列獨特的特點，如便攜、USB供電、USB 3.0接口高速傳輸數據、2GS深存儲深度、16位ADC分辨率、8位到16位可調ADC分辨率、8通道12位ADC分辨率、真實差分通道隔離、自定義示波器功能等，使得其廣泛應用于維修、外場測試、系統集成、汽車電子、航空電子、醫療電子、通信、嵌入式系統、機電一體化、振動、加速度等領域的測試，下圖12所示為PicoScopes應用于系統集成產品。

右圖12所示的電源分布網絡監控設備系統中，共集成有6臺8通道的PicoScope 4824和2臺4通道的PicoScope 6000，共實現了多達56通道的信號測試和數據采集，整個系統依然非常緊湊，這是使用傳統臺式示波器難以實現的。該OEM系統用于實時監測和同步采集高達380 KV的電源分布網絡中關于電源連接的數據，并完成用戶自定義的參數測量。多套系統分布在超過40 KM外的多個位置，各個系統通過光纖進行互連，每個系統包括傳感器、放大器、PicoScopes、觸發邏輯電路。采集到的數據會由用戶自定義的程序進行分析，PicoScope示波器支持基于SDK及多種編程語言如C#，C++，Python，Delphi，Matlab，Labview等進行自定義應用開發。